电法测井简介
电法测井技术解析与地质工程勘察
电法测井技术解析与地质工程勘察电法测井技术在地质工程勘察中扮演着重要角色，通过测量地下电阻率分布，可以对地层结构和含水性质进行解析。
本文将对电法测井技术原理、应用方法和数据解释进行详细探讨，以期为地质工程勘察提供参考。
1. 电法测井技术原理电法测井技术基于不同性质地质体的电导率差异，通过注入电流并测量电势差来推断地下介质的物理特性。
根据用途和测量目的的不同，电法测井技术可以分为直流电法、交流电法和自然电位法等。
直流电法是最常用的电法测井方法之一。
其原理是在地层中注入直流电流，并测量地面上的电势差。
通过得到的电流密度和电势差数据，可以计算出地下电阻率分布，进而推断地下介质的结构和含水性质。
2. 电法测井技术应用方法2.1 电法测井仪器与设备电法测井仪器包括电极、电源、测量仪器和数据传输系统等。
电极负责将电流注入地层和测量电势差，电源供应电流，测量仪器负责记录地面上的电势差数据，并通过数据传输系统传送到计算机进行数据解释和分析。
2.2 电极布置和测量过程电极的布置通常依据测量目的和地质特征而定。
常用的电极布置方式有双极距法、多极距法和深度电极法等。
在实际测量过程中，需要根据地层情况选取合适的电极布置方案，并进行测量参数的设定。
2.3 数据处理和解释得到电势差数据后，通过计算并加以解释，可以得出地层电阻率分布图。
数据处理和解释通常依赖于计算机模拟和反演方法。
实际数据解释过程中，需要结合地质资料和其他勘察手段的结果，进行综合分析和判断。
3. 电法测井技术在地质工程勘察中的应用3.1 地下水资源调查电法测井技术可以帮助勘测人员判断地下水资源的分布和含水层的厚度。
通过测量不同位置的电阻率，可以推断地下水层的位置和规模，为地下水资源的有效开发提供依据。
3.2 地层岩性判定电法测井技术可通过测量地面电势差和电流密度，推断地层的物理性质和岩性。
不同类型的地层对电流的传导和电势的分布产生不同的影响，通过分析得到的数据，可以准确判定地层的岩性。
地球物理测井方法 第一章 电法测井
UM
RI
4 AM
UN
RI
4 AN
电位差： UMN UM UN
RI RI RI MN
4 AM 4 AN 4 AM AN
GaoJ-1-1
26
由此得均匀各向同性介质电阻率：
R 4 AM AN UMN K UMN
MN I
I
K 4 AM AN
MN
电极系系数
当保持I不变，ΔUMN随介质电阻率而变化
16
I
Rt R0
b
S
n w
b — 岩性系数，常取b=1.0
n — 饱和度指数 (saturation exponent) （1.0~4.3）（1.5~2.2居多，~2）
Sw — 含水饱和度
GaoJ-1-1
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Archie公式
F
R0 Rw
a
m
Rt
abRw
m
S
n w
I
Rt R0
b Swn
1/ n
Sw
N为电势0点，则
U MN
ABRI
4 AM BM
IA -I B
R 4 AM BM UMN K UMN
AB
I
I
GaoJ-1-1
K 4 AM BM
AB
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3. 电极系互换原理
“互易原理”
如果一个电极系的结构和尺寸不变，由单极供电 A M N变成双极供电M A B，且I不变，则在同一 剖面上，测得的电位差相同，电极系系数和测量 的电阻率也相同。
Rw1 Rw2
Rwn
F R0 Rw
R0—孔隙中充满100%地层水时的岩石电阻率，.m Rw —孔隙中所含地层水的电阻率，.m F—地层因素 （Formation Resistivity Factor）
2-第一章_电法测井(自然电位测井)
常规法 新方法 换泥浆法
求Rw
(1)常规法
引入等效电阻率的概念，即不论溶液的浓度
高低，都与其电阻率成反比。
SSP K lg
Rmfe Rwe
①确定 SSP
如果渗透层的h/d>40，无侵入，且RtRmRs，则SSP
Es Vsp I rm ri rsh rt 1 rm rm rm
Es=f(Cw、Cmf、T、Vsh、盐类有关）
(1)地层水和泥浆中含盐量的比值（Cw/Cmf）的影响
Cw / Cmf > 1 Cw / Cmf < 1 Cw / Cmf = 1
渗透层的△Vsp有负异常 渗透层的△Vsp有正异常 渗透层的△Vsp无异常
2.SP曲线的特点
(1)自然电位（△VSP）：是指自然电流在井中泥浆柱上产 生的电压降。
Es Vsp Irm rt ri rsh 1 rm rm rm
（△VSP)
< PSP 或者SSP
测量时N电极固定在地面,但VN≠0。因SP 曲线没有“0” 刻度，而是用带正负号的比例尺来表示的，为了读数的方 便，选泥岩的SP作为基线，在一个地区它是稳定的，并且 是一条直线。
所以，E总 =(Kda -
lg(Rmf / Rw ) = Es
则令：K=Kda – Kd；K只与盐类成分、温度有关。
静自然电位：纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电 动势用SSP来表示。
SSP K lg Rmf Rw
当泥质含量 时 QV kd 从负变至正 Es 当 Qv ∞时， kd ≈ Kda Es = 0 泥质砂岩和纯砂岩的总电动势称为假静自然电位。符号用PSP 来 表示，它的大小反映了泥质的多少，总有 SSP>PSP（因K值以负 往正值方向发生变化）
电法测井-1
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一、自然电位形成原因
2、扩散吸附电动势
7.3 自然电位测井
扩散吸附电动势Eda大小与温度和浓度差有关
可写为:
Eda K da log(
Cwf Cmf
) K da log(
Rmf Rwf
)
其中: Kda:与温度和溶液成分有关的常数
阳离子交换能力QV:不同岩层的吸附能力不同，岩层的吸 附能力用QV来表示，它是1cm3的孔隙体积中偶电层阳离 子的克当量数， QV也称为泥质的阳离子交换能力。
1、井内自然电场的分布
7.3 自然电位测井
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52
二、自然电位曲线
2、自然电位测井曲线及其特点
(1)曲线对称于地层中点;
(2)厚地层SP=SSP，曲线半 SP曲线特点 幅度点正对地层界面;
7.3 自然电位测井
(3)厚度减小SP减小,地层中
间取得幅度最大值.
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二、自然电位曲线
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1
岩石的电阻率与含油性有密切的关系,因此
研究岩石电阻率的差异，区分岩性、划分油 水层是电阻率测井的主要任务。
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2
7.1 岩石电阻率与岩性、孔隙度及含油饱和度的关系
岩石电阻率的大小决定以下因素： 1） 岩石的组织结构 2） 岩石孔隙内地层水中盐类的化学成分、浓度、温度 3） 岩石孔隙度
•
标准测井主要包括普通电阻率测井(Ra)，自然电位测
井(SP)及井径(d)测井(有的地区包括自然伽马测井)。
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二、标准电极系的选择
纵向分辨率 • 1.在标准测井的电阻率曲线上，能清楚地划分地质剖面 上的各种岩层，并准确地确定其界面。 • 2.标准电极系测量的视电阻率，尽可能接近岩层的真电
电法测井
Io
S
I1 N 电磁波传播示意图 无线电收音机。
5
1 感应测井 Induction－Log 1.1 双线圈系结构 发射线圈T，发出交变信号。 接受线圈R，接受地层中产生 的涡流信号。
6
1.2 测量原理
发射线圈发出交变电信号Io，这个交变电 信号Io产生交变磁场Φ。交变磁场Φ在地 层单元环中产生涡流Iso，涡流Iso的方向阻 止交变磁场Φ的变化。 同时，涡流Iso也是交变的。交变涡流进一 步引起二次交变磁场Φ’ 。 二次交变磁场 Φ’在接受线圈激发出感生电动势ER。 这个ER就是感应测井的测量信号。 感生信号的产生，抵抗接收线圈中磁力线 的变化。
26
2.2 测量数据
发射线圈使用三个频率工作 （26.35,52.65,105,3kHz）,测量原始信号的 实分量和虚分量。 纵向分辨率分别为1ft，2ft和4ft ，5纵向探测 1ft 2ft 4ft 5 范围，即10in,20in,30in,60in和90in。 测井数据以图像和曲线两种方式显示。
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1.7 Induction Logging The induction logging tool was originally developed to measure formation resistivity in boreholes containing oil-base muds and in air-drilled boreholes. Electrode devices did not work in these nonconductive muds, and attempts ro use wallscratcher electrodes were unsatisfactory. Experience soon demonstrated that were induction log had many advantages over the conventional ES (Electrode sonde) log when used for logging wells drilled with water-base muds. Designed for deep investigation, induction logs can be focused in order to minimize the influences of the borehole, the surrounding formation, and the invaded zone.
一绪论电法测井普通电测.ppt
目前在非均匀介质中，仍采用均匀介质中的测 量装置和电阻率计算公式将测得的 I 、电位差和 电极系系数K带入公式进行计算，得出的数值即为视 电阻率
Ra =（K △VMN ）／Ｉ
Ra = f（ Rm d Ri di Rt h Rs …）
由此可知：Ra 是以上因素的综合反映，但受被测
RI
4r
实际测量Δ UMN
UMN UM UNUMຫໍສະໝຸດ RI4 AM
UN
RI
4 AN
U MN
RI
4
MN AM AN
均匀介质条件下的电阻率公式:
R 4 AM AN UMN
MN
I
R K U MN I
Rm------泥浆电阻率 (mud) Rmf-----泥浆滤液电阻率(mud fluid) Rmc-----泥饼电阻率 (mud cakes) Rw------地层水电阻率 (water) Rxo-----冲洗带电阻率 Ri------侵入带电阻率 (invasion) Rt------原状地层电阻率 (true) hmc-----泥饼厚度 d-------井的直径
Rt 的影响最大， Ra对 Rt的变化是敏感的。
普通电阻率测井由：
电位电极系测井
梯度电极系测井
组成
微电极测井
●电极系的分类 梯度电极系 电位电极系 记录点O
●电极系的有关参数 电极距L 探测深度(半径)r
●电极系的表示方法
A
M
M
N
B
A
N 电 位 电 极 Normal device 系
M
lateral device
电法测井
电法测井电阻率、电导率只与材料性质有关，不随材料的几何形状而变化。
沉积岩中，一般情况下，电阻率变化：灰岩＞砂岩＞泥质砂岩＞泥岩。
.沉积岩中不含导电矿物，因此主要靠地层水中的盐类离子导电。
一、普通电阻率测井1、划分层界面：极大值与绩效值之间为高阻岩层。
2、求地层的视电阻率R a和真电阻率：梯度电极系：H＞3L，读岩层的平直段；L＜H＜3L，用面积平均法读值；H＜L，读岩层的极大值。
3、划分岩性剖面：砂泥岩剖面，砂岩高阻，泥岩低阻，由此可以确定岩性。
4、求含油层的100%含水层的地层电阻率（阿尔齐公式），进而求的含油饱和度。
二、微电极测井测量结果主要反应紧靠井壁的地层电阻率，泥浆对测量一般无影响（微电位和微梯度两条曲线）。
对于非渗透地层，微电位和微梯度都测量到同一介质，因此，两种曲线的视电阻率值相等，在曲线重叠图上无幅度差。
对于渗透性地层，井壁往往有泥饼，微梯度探测深度浅，主要反映泥饼的电阻率，微电位探测深度较深，主要反映冲洗带电阻率。
一般泥饼电阻率较冲洗带电阻率小，因此，微电位视电阻率大于微梯度视电阻率，造成两条重叠曲线的幅度差，这种差异叫正差异。
在下面情况下，可观察到微电位视电阻率小于微梯度视电阻率的负差异情况。
1、泥饼电阻率大于冲洗带电阻率，Rmc＞Rxo2、侵入非常浅的渗透层，Rxo＞Rt3、泥浆中泥质颗粒进入高孔隙含水层，造成井壁2~3cm的固体污染带，其电阻率大于冲洗带电阻率。
应用1、确定岩层界面，划分薄交互层。
以曲线半幅点或转折点定地层界面，一般可划分0.2m的薄互层。
2、划分渗透层。
渗透层一般在曲线上显示正差异，非渗透层无差异或少许正负差异。
砂泥岩剖面，砂岩比泥岩视电阻率高，渗透性砂岩有较高的视电阻率，且有正差异。
碳酸盐岩剖面，渗透层往往是裂缝和孔隙灰岩或白云岩，常夹在致密灰岩中间，视电阻率比围岩低，有泥饼时，现实正差异，否则无差异。
3、判断岩性。
泥岩：为非渗透性地层，曲线幅度低，无幅度差。
1章-电法测井
第一章 电法测井§1-1 普通电阻率测井普通电阻率测井是最早出现的测井方法之一，岩石的电阻率和岩性、储油物性、含油性有密切的关系，利用岩石电阻率来区分油性、划分油水层进行剖面对比就是普通电阻率测井的主要任务。
一、岩石电阻率的测量原理 1、 测量原理 （1）电阻率：由物理学知，用均匀材料制成的规则形状的导体，其电阻r 与导体截面积S 成反比，与导体的长度L 成正比，表达式为： SLRr = 其中比例常数R ，是与导体的材料性质有关而与导体形状无关的量，称为电阻率，表达式为： LS r R ⋅= （2）岩石的电阻率，在数值上相当于截面积为12m ，长度为1m 的单位体积的岩石的电阻值。
岩石的电阻率越高说明岩石的导电能力越差。
（3）测量原理——四极法图1-1 岩样电阻率测量原理图按欧姆定律： SL R r I U r t MN⋅=∆=→IU K L S I U R MN MN t∆=⋅∆=式中：r --- MN 之间的电阻， t R --- 岩样电阻率，m ⋅Ω； S ---- 岩样截面积，m 2； L --- 测量电极间的距离，m ； K --- 比例系数，m ；-----仪器常数MN U ∆ ---- 测量电极MN 之间的电位差；二、普通电阻率测量原理1、均匀介质中的电阻率测井 （1）稳恒电流场描述电流场的物理量是E 和j ，它们之间满足的微分方程是：j R E=，由于稳恒电流场是有源无旋场，即,0=∙∇j0=⨯∇E ，所以其电场强度E 和电流密度j 成正比，且方向一致。
在均匀介质中放入点电流源，则均匀介质点电源在空间上电流场的分布： 24rI j π=j 为均匀介质中点电源场中任意点的电流密度，即在电流方向上单位面积上的电流强度的大小，其中r 为电源A 到测量点的距离，I 为点电源的电流强度。
故在均匀电流场分布中，应有关系式：24r I R E π= （2）电阻率测井的理论依据任意点电位与电场强度之间有： dr dU E -=，则24rIR dr dU π=-， 积分得：C rRI U +⋅=14π，C 为积分常数，取无穷远处电位为0时，则C 为0。
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K VREF I0
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双侧向测井简介
• 双侧向测井方法由于具有较好的聚焦特性，并可 以同时进行深、浅两种探测深度的电阻率测量， 是目前广泛使用的一种聚焦式电阻率测井方法。
• 根据阿尔奇公式计算地层中含水饱和度，一般需 要有深、中、浅三种探测深度的地层电阻率数据。
• 双侧向测井仪通常和微球形聚焦测井仪（或者微 侧向测井仪、临近侧向测井仪）组合测量。
• Oil saturation measured from core plugs.
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聚焦型电阻率测井仪器
微球形聚焦测井仪 双侧向测井仪 方位侧向测井仪 阵列侧向测井仪
16
微球形聚焦测井简介
图中A0是主电极，A1是屏蔽电极， M0是测量（测井）电极，M1、M2 是监督电极，它们都固定在用硬橡 胶制成的极板上，只有回流电极B 在电极系的底部。
2002-2005 2005-2007 2006-2010
实验测试
应用推广 发展提高
10年
技术跟随
3年
自主创新
5年
选择性自主创新
ELIS-1000
先进技术跟随
ELIS-II
ELIS-I
HCS-87
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电法测井的典型仪器
电法测井
三侧向
普通电阻率测井
梯度电极系
电位电极系
微电极
聚焦电阻率测井
七侧向
双侧向
微侧向
汇 报 电提 法纲测井仪器简介
一 2008年海外运营状况 二 2009年海外工作重点
1
汇报内容纲要
总体介绍 聚焦型电阻率测井仪器 电阻率成像测井仪器 技术发展方向展望
2
测井是地质家的“眼睛”！
测井技术是准确发现油 气储层和精细描述油气藏必 不可少的手段，是油气储量 参数计算、产能评估及开发 方案制定与调整的重要科学 依据。
水基泥浆电 成像
电磁波测 井、油基
泥浆电成
像
介电测 井
光纤测 井
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测量对象等效图
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感应与侧向测井适应范围选择图
一般在淡水泥浆中多选择感应测井，在盐水泥浆中多选择侧 向测井。在Rt>20Ω.m或Rt/Rm>250时也考虑选择侧向。
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钻井液侵入对电法测井的影响
钻井液侵入地层后，井壁附近地层水矿化度、含油饱和度发生径向变 化，导致地层电阻率变化。钻井液侵入地层影响涉及冲洗带、过渡带，原 状地层不受钻井液影响。根据冲洗带电阻率Rxo与原状地层电阻率Rt的相 对大小，将储层特征分为高侵（Rxo＞Rt）、低侵（Rxo＜Rt）和无侵三种 情况。淡水泥浆钻井，一般情况，水层高侵，油层低侵。
测井的作用
3
储层分类和储层参数
储层分类：（分类依据：岩性+储集空间结构） 1）碎屑岩——主要是孔隙型储层 2）碳酸盐岩——主要是裂缝型储层 3）特殊储层（岩浆岩、变质岩、泥岩）——储层结构比较复杂
储层参数: 储层厚度、孔隙度、渗透率、饱和度 1）储层厚度——根据测井曲线特征划分 2）孔隙度——总孔隙度、有效孔隙度 3）渗透率——绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率 4）饱和度——含水保和度、含油（气）饱和度
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双侧向测井简介
由于双侧向测井探测深度比三侧向深，同时，深、 浅双侧向的纵向分层能力相同，因此，曲线便于对 比。 划分岩性剖面：可用双侧向曲线对地层进行大致 划分。 确定地层真电阻率及孔隙流体性质。 判断油水层
砾岩储层测井与解释技术
薄储层测井与解释技术
页岩气层测井与评价技术
煤层测井与解释技术
大斜度井、水平井测井与解释技术
5
测井面临的地质难题
低阻油气藏：含油饱和度低，储层薄且束缚水含量高、泥质含量 高，地层水矿化度变化大。
低孔低渗油气藏：储层薄且非均质严重，孔隙结构复杂，储层的 敏感性强，及易造成伤害。
M0与M1（或M2）之间的电位
差，根据公式：
Rxo
K
VM 0M 1 I0
• 仪器一般采用恒压工作方式， 即保持电极M0与M1之间电压恒 定： VMOM1 VREF
• 式中，VREF为一恒定参考电压，
当冲洗带电阻率变化时，只有I0
随之变化，由下公式求出冲洗
带电阻率：
RXO
K VM0M1 I0
主电极A0流出总电流It，It=I0+I1。 其中I1为屏蔽电流，I0称为主电流。
由于屏流的聚焦作用使主电流I0不 沿着泥饼流动；通过调整主电流I0， 保持两个监督电极M1、M2电位近 似相等，那么主电流I0在冲洗带中 将呈辐射状均匀散开，形成球形等 位面。
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微球形聚焦测井简介
• 仪器设置了测量电极M0，测量
邻近侧向
感应测井
阵列感应
双感应
电阻率成像测井
随钻电阻率测井
过套管电阻率
微球形聚焦
8
各类测井仪器对比
9
电法测井仪器工作频率对比
低频
高频
极低频
小于1Hz
过套管 电阻率 测井
低频 中低频
中频
高频 光频
1~1kHz 1k~200kHz 400k~ 1~2GHz 1015Hz
侧向测 井
感应测井、 200MHz
4
测井技术面临的挑战
随着非常规油气田的大规模勘探开发，大斜度井、水平井钻井技术的广 泛应用，测井面临的地质对象、井下条件越来越复杂，给测井技术的发展与 应用带来了严峻的挑战。今后一段时间内测井技术将面临以下挑战：
缝洞性碳酸盐岩储层测井与评价技术
裂缝型火成岩储层测井与解释技术
低孔、低渗、低阻砂岩储层测井与解释技术
Hydrocarbon Saturation
Saturation (“Residual”) measured from core plugs
Hydrocarbon saturation is determined from:
• Resistivity logs.
• Capillary pressure measured from core plugs.
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Resistivity Logs
Capillary Pressure
电法测井的目的
Archie Transform
Sw
n
a
m
Rw Rt
Uncertainty in Rt from Resistivity Logs
J-function
J a Pc
cos
Sw
裂缝性油气藏（碳酸盐岩、砂岩）：储集空间复杂多变，非均质 性强，地层压力变化大。（非常适合电成像测井）
复杂岩性油气藏：储层目标隐蔽、非均质性强，岩性复杂特殊（ 如砂砾岩体、火成岩等）。
6
ELIS发展历程
1985
1995-2000
2001-2005
项目前期研究
863 重点项目研究
成套装备 ELIS